KAJIAN PEMINDAHAN HABA DALAM RUANG YANG MENGGUNAKAN

SILING BERPENEBAT FIBER SABUT KELAPA

ALINAH BINTI SULAIMAN

Tesis ini dikemukakan sebagai

memenuhi syarat penganugerahan

Ijazah Sarjana Kejuruteraan Mekanikal (Termobendalir)

Fakulti Kejuruteraan Mekanikal dan Pembuatan

Universiti Tun Hussein Onn Malaysia

JANUARI 2012

ii

ABSTRAK

Penebat diperlukan untuk meminimumkan fluks panas melalui bumbung ke persekitaran

dalaman rumah untuk mengurangkan suhu, penggunaan tenaga dan memberikan

persekitaran yang selesa kepada penghuni. Objektif utama kajian ini dijalankan adalah

untuk mengkaji pemindahan haba di dalam model ruang yang menggunakan siling

berpenebat sabut kelapa yang disaluti dengan cat fire-retardant dan mengkaji

pemindahan haba di dalam model ruang yang menggunakan siling tanpa penebat sabut

kelapa. Selain itu,ianya juga membuktikan keberkesanan sabut kelapa sebagai penebat

siling, sekaligus mengurangkan pemindahan haba dari sekitaran ke dalam bangunan.

Akhir sekali adalah untuk mencadangkan penambahbaikan rekabentuk siling berpenebat

sabut kelapa yang disaluti fire-retardant bagi tujuan pengkomersialan. Dalam

penyediaan bahan untuk kajian ini, ianya boleh dibahagikan kepada dua bahagian iaitu

penyediaan sampel penebat sabut kelapa dan penyediaan dua model ruang. Bagi

penyediaan sampel, gentian serabut kelapa akan dirawat secara kimia kemudian

disembur dengan cat fire retardant pada keseluruhan permukaan. Setelah selesai, sabut

ini akan diletakan pada salah satu model ruang yang berukuran 1.22 m x 1.22 m x 0.5 m

dan model kedua adalah tanpa penebat. Kajian dilaksanakan pada jam 9.00 hingga 5.00

petang namun bergantung pada keadaan cuaca. Dua jenis ketebalan penebat yang

digunakan iaitu 20 mm dan 40 mm. Kesimpulannya, didapati bahawa dengan

menggunakan penebat 20 mm perbezaan suhu maximum di antara bahagian atas siling

dan bahagian bawah siling boleh mencecah perbezaan sehingga 9.430C iaitu persamaan

dengan 21.28% darjah kejatuhan suhu manakala 40 mm boleh mencecah perbezaan suhu

maximum di antara bahagian atas siling dan bahagian bawah siling sehingga 20.870C

iaitu persamaan dengan 39.09% darjah kejatuhan suhu.

iii

ABSTRACT

Insulation needed to minimize the heat flux through the roof into the internal

environment of home to reduce the temperature, energy consumption and provide a

comfortable environment for residents. The main objectives of this study are to study the

heat transfer in the model space using coconut fiber ceiling insulation coated with fire-

retardant paint and without insulation. In addition, it also proves the effectiveness of

coconut as ceiling insulation, thus reducing heat transfer from the environment into the

building. Finally, this study is conducted to suggest improvements for design of coconut

fiber ceiling insulation coated with fire-retardant for commercialization. For study

preparation, it can be divided by two parts. First, samples preparation which the fiber is

treated chemically and then sprayed with fire retardant paint on the surface. In the

second part, two models of space with size 1.22 m x 1.22 m x 0.5 m are built. After

samples preparation, this fiber will be placed on one of the model. Another model as left

without insulation. Two types of insulation used, thickness of 20 mm and 40 mm. In

conclusion, it was found that by using 20 mm insulation the maximum temperature

difference between the upper and lower ceiling can reach up to 9.43 C which is 21.28%

degree of temperature drop while 40 mm thickness insulator can give a maximum

temperature difference between the upper and lower ceiling up to 20.87 C which is

39.09% degree of temperature drop.

0

0

iv

KANDUNGAN

TAJUK i

PENGAKUAN ii

PENGHARGAAN iii

ABSTRAK v

ABSTRACT vi

KANDUNGAN vii

SENARAI RAJAH xi

SENARAI JADUAL xiii

SENARAI LAMPIRAN xiv

v BAB 1 PENGENALAN 1

1.1 Latar Belakang Projek 2

1.2. Penyataan Masalah 5

1.2.1 Objektif Projek 6

1.2.2 Skop Projek 7

BAB 2 KAJIAN LITERATUR 8

2.1 Siling 8

2.2 Gentian Semulajadi 10

2.2.1 Kelapa 11

2.3 Fire-Retardant (FR) 14

2.4 Penebat 17

2.4.1 Pemindahan Haba 18

2.4.2 Kadar Permindahan Haba Secara Konduktiviti 19

2.5 Kajian Terdahulu 20

BAB 3 METODOLOGI 28

3.1 Carta Gantt Projek Sarjana I Dan II 28

vi

3.2 Carta alir Projek Sarjana I Dan II 28

3.3 Peralatan yang Digunakan Untuk Pengukuran

(Pico Technology Limited) 30

3.4 Penyediaan Bahan 31

3.4.1 Penyediaan Sampel Penebat Sabut Kelapa 31

3.4.2 Penyediaan Model Ruang 33

3.5 Prosedur Ujikaji 37

BAB 4 ANALISIS KAJIAN 39

4.1 Analisis Ketebalan 39

4.2 Analisis Kos Penebat Sabut Kelapa 42

4.3 Data dan Analisis Ujikaji 46

4.3.1 Data dan Analisis (Ketebalan fiber 40 mm) 47

4.3.2 Data dan Analisis (Ketebalan fiber 20 mm) 52

4.4 Keputusan Ujikaji 57

4.5 Kadar Pengudaraan Udara Dalam Model Ruang 60

vii BAB 5 KESIMPULAN DAN CADANGAN

PENAMBAHBAIKAN 62

5.1 Kesimpulan 62

5.2 Cadangan Dan Penambahbaikan 64

RUJUKAN 67

LAMPIRAN 72

viii

SENARAI RAJAH

1.1 Logo Kitar Semula 1

1.2 Sabut Kelapa 2

1.3

1.4

1.5

2.1

Contoh Siling di pasaran

Kesan Asbestos

Pemindahan Haba

Gentian Kelapa

3

4

5

13

2.2 Kesan Fire Retardant Pada Kualiti Air 15

2.3 Aplikasi fire retardant Di Dalam Bangunan 16

2.4 Jenis-Jenis Penebat 17

2.5 Pemindahan Haba 18

2.6

3.1

Risiko Dalam Penggunaan fire retardant

Metodologi Kajian

23

29

3.2 Model Pico Technology Limited 30

3.3 Kepingan Sabut Kelapa 31

3.4 Cat fire-retardant 32

3.5 Kepingan Gentian Sabut Kelapa yang Di Sembur dengan

Cat fire-retardant

33

3.6 Model Ruang yang Menggunakan Papan Lapis

Berketebalan 12 mm

34

3.7 Proses Pemasangan Polystrene Pada Semua Bahagian

Dinding-Dinding dan Tapak Ruang

35

3.8 Siling yang Dilubangkan 35

3.9 Proses Pemasangan Sabu

KajianSedangDijalankan

t Kelapa, Papan Lapis Dan Atap 36

3.10 37

4.1 Skematik Susunan Siling Berpenebat 38

4.2 KepelbagaianPerforatedCeilingyangAdaDipasaran

DataDatadanAnalisisUjikajiuntuk20.11.2011(Ahad)

41

4.3 47

4.4 Data-Data dan Analisis Ujikaji untuk 21.11.2011 (Isnin) 48

4.5 Data-Data dan Analisis Ujikaji untuk 22.11.2011 (Selasa) 49

ix

4.6 Data-data dan analisis ujikaji untuk 23.11.2011 (Rabu) 52

4.7 Data-data dan analisis ujikaji untuk 24.11.2011 (Khamis) 53

4.8 Data-data dan analisi 5.11.2011 (Jumaat)

CadanganSuggestedairchange(ACH)untukpengudaraan

yangsempurna

s ujikaji untuk 2 54

4.9 61

x

SENARAI JADUAL

2.1 Sifat Mekanikal Sebahagian Bahan 9

2.2 Peratus Perbandingan Penjimatan Di Dalam Sesebuah Rumah 10

2.3 Sifat-Sifat Mekanikal Beberapa Jenis Gentian Semulajadi 11

2.4 Musim Buah-Buahan 12

2.5 Nama Fiber Kelapa 12

2.6 Manfaat Beberapa Bahagian Pada Pokok Kelapa 13

2.7 Keputusan Kajian 20

2.8

2.9

2.10

2.11

2.12

2.13

2.14

Keputusan Kajian

Keputusan Kajian

Keputusan Kajian yang telah Diperolehi

Keputusan Kajian

Keputusan Kajian

Keputusan Kajian

Ujian Tegangan

Perbandingan Keputusan Ujian

21

22

24

25

25

26

27

2.15 27

3.1 Bahan dan Peralatan yang Digunakan dalam Penyediaan

Model Ruang

34

4.1

4.2

4.3

4.4

4.5

Ketebalan Siling yang Ada Dipasaran

Beberapa Bahan untuk Menyerap Bunyi

Harga Siling yang Berada Di Pasaran

Analisis Kos Penebat Sabut Kelapa

Analisis Kos Siling yang Menggunakan Gentian Sabut

Kelapa Jenis Serabut

Keputusan Keseluruhan Ujikaji

39

40

43

44

45

53

4.6 57

xi

SENARAI LAMPIRAN

A Carta Gantt PS 1 dan 2 72

B Sifat-Sifat Mekanikal Bahan untuk Siling 75

C Keputusan Kajian yang Telah Diperolehi 77

D Sifat Mekanikal Polimer 79

BAB 1

PENGENALAN

Pembangunan yang pesat telah meningkatkan perkembangan aktiviti pembinaan di

Malaysia. Dengan itu, perkembangan tersebut telah menghasilkan jumlah bahan

buangan. Melalui kempen kitar semula, ianya dapat memulihkan sumber yang

diperlukan untuk pembinaan pada masa hadapan. Dalam erti sebenar, mengitar

semula bahan buangan akan menghasilkan bekalan baru bagi bahan yang sama.

Rajah 1.1. menunjukkan logo untuk kitar semula.

Rajah 1.1: Logo Kitar Semula [1]

2

Kitar semula mempunyai beberapa kepentingan. Antaranya ialah seperti

berikut:

i. mengurangkan bahan buangan;

ii. mengurangkan penggunaan bahan mentah baru dan seterusnya menjimatkan

kos;

iii. mengurangkan penggunaan tenaga;

iv. mengurangkan pencemaran udara (dari pembakaran), dan pencemaran air

(dari tapak perlupusan); dan

v. mengurangkan pengeluaran gas rumah hijau berbanding penghasilan barang

baru dari bahan mentah. 1.1 Latar Belakang Projek Gentian semulajadi daripada tumbuhan merupakan gentian yang murah dan

merupakan sumber yang boleh diperbaharui serta lebih selamat kepada pekerja dan

pengguna. Penggunaan gentian semulajadi dari tumbahan seperti sabut kelapa, sabut

kelapa sawit, jut dan pelbagai jenis gentian daripada tumbuhan lain semakin

mendapat sambutan dikalangan pengguna dan pengeluar produk berasaskan

komposit gentian. Rajah 1.2 menunjukkan serabut gentian sabut kelapa.

Rajah 1.2: Sabut Kelapa [2]

3

Kelebihan gentian semulajadi dari tumbuhan berbanding gentian sintetik seperti

gentian kaca ialah kosnya yang rendah. Gentian semulajadi dari tumbuhan juga

mempunyai ketumpatan yang rendah, kekuatan yang agak baik dan ia juga boleh

menjadi penebat haba yang baik. Di samping itu, gentian semulajadi dari tumbuhan

tidak merosakkan mata alat yang digunakan untuk membentuknya. Pekerja-pekerja

yang terdedah kepada gentian ini juga kurang mengalami masalah respiratori seperti

sesak nafas dan dermal, contohnya kulit terasa gatal, ruam dan sebagainya.

Disebabkan itu gentian-gentian semulajadi dari tumbuhan telah menggantikan

gentian sintetik di dalam sesetengah industri seperti industri perabot, pembungkusan

dan pembinaan.

Dalam sektor pembinaan sesebuah bangunan ataupun kediaman, beberapa

aspek penting perlu dikenalpasti bagi memastikan kediaman tersebut selesa untuk

didiami dan yang paling penting ialah keselamatannya. Antara perkara yang patut

dipertimbangkan ialah penggunaan siling. Terdapat pelbagai jenis siling di pasaran

antaranya kepingan papan lapis (plywood), kepingan asbestos, papan serpih, papan

jalur, papan qypsum, papan fiber dan juga keluli (metal). Siling jenis asbestos adalah

siling yang paling banyak digunakan. Rajah 1.3 menunjukkan contoh siling di

pasaran.

Rajah 1.3: Contoh Siling di pasaran [3,4,5]

4

Asbestos merupakan mineral bergentian yang merupakan bahan kimia lengai

dengan sifat rintangan terhadap haba. Ianya telah digunakan sebagai lebih daripada

3000 produk termasuk bahan penghalang kebakaran, simen, plastik, produk kertas

dan kain. Selain itu ianya juga digunakan sebagai bahan penebat, bahan pembinaan

dan lain-lain lagi. Ianya menjadi pilihan utama dalam pembuatan sesebuah siling

kerana ianya lebih flexible dan mudah dijumpai serta fiber jenis tipis. Asbestos

boleh dibahagikan kepada dua jenis iaitu serpentine dan amphibole.

Hasil daripada kajian yang telah dibuat sebelum ini, terdapat bebebrapa

kelemahan dalam penggunaan siling asbestos. Siling asbestos mempunyai habuk

yang halus yang sentiasa gugur dan berterbangan di udara seta sangat mudah untuk

memasuki tubuh setiap kali menarik nafas terutama sekali waktu ketika sedang tidur.

Habuk dari asbestos ini akan mengakibatkan kanser (mesothelioma) dan alahan kulit

serta batuk. Rajah 1.4 menunjukkan kesan asbestos kepada pengguna.

Rajah 1.4: Kesan Asbestos [11]

5

1.2 Penyataan Masalah Masih ramai yang tidak sedar lagi penggunaan siling asbestos memberi kesan negetif

yang mendalam kepada penggunanya. Maka permasalahan ini harus diselesaikan

dengan mengantikan siling asbestos kepada siling yang lain yang mempunyai

pontensi yang tinggi contohnya siling yang diperbuat daripada gentian sabut kelapa.

Rajah 1.5: Pemindahan Haba [6]

Penggunaan semula bahan-bahan buangan merupakan salah satu kaedah

penjimatan yang menguntungkan tambahan lagi ianya menggunakan bahan-bahan

semulajadi daripada alam sekitar yang mana ianya mudah diperolehi, kos lebih

murah dan selesa serta selamat digunakan. Rajah 1.5 menunjukan kelebihan dalam

penggunaan penebat pada bangunan.

Bahan gentian asli merupakan bahan binaan alternatif yang baru dan perlu

diterokai. Langkah yang sewajarnya harus diambil untuk mengkomersialkan

teknologi yang melibatkan bahan gentian asli dari sumber tempatan. Dalam kajian

ini, penggunaan gentian sabut kelapa dilihat secara kasar dapat membantu dalam

penambahbaikkan fungsi sesebuah siling. Maka seharusnya, gentian sabut kelapa

akan digunakan sebagai penebat ke atas siling yang sedia ada bagi meningkatkan lagi

kecekapan dan mutu kerja sesebuah siling. Secara tidak langsung, tenaga yang

diperlukan di dalam sesebuah kediaman atau pejabat dapat dijimatkan. Sebagai

contoh, penggunaan hawa dingin dapat dikurangkan kerana pemindahan haba dari

6

bumbung telah dikurangkan. Bukan itu sahaja malahan pelbagai kos dapat

dijimatkan.

Walaupun pelbagai kajian tetang sabut kelapa telah banyak dikaji, namun

ianya masih menjadi tanda-tanya. Kenapa siling daripada gentian kelapa ini belum

lagi dikomersialkan di Malaysia? Apakah permasalah yang wujud dalam proses

untuk mengkomersialkannya? Seperti yang kita maklum perkara utama

permasalahan penggunaan gentian ialah pereputan, namun sejauh manakah masalah

ini menjejaskan dalam proses mengkomersialkannya? Selain itu, permasalahan dari

segi kemudahbakaran pula akan dipersoalkan jika menggunakan siling daripada

gentian ini. Seharusnya siling merupakan bahan untuk membantu mencegah

kebakaran terus merebak. Maka kajian ini akan cuba untuk menghuraikan dan

menyelesaikan masalah yang wujud ini. 1.2.1 Objektif Projek Objektif utama kajian ini adalah:

i. mengkaji pemindahan haba di dalam model ruang yang menggunakan siling

berpenebat sabut kelapa yang disaluti dengan cat fire-retardant;

ii. mengkaji pemindahan haba di dalam model ruang yang menggunakan siling

tanpa penebat sabut kelapa;

iii. membuktikan keberkesanan sabut kelapa sebagai penebat siling, sekaligus

mengurangkan pemindahan haba dari sekitaran ke dalam bangunan; dan

iv. mencadangkan penambahbaikan rekabentuk siling berpenebat sabut kelapa

yang disaluti fire-retardant bagi tujuan pengkomersialan.

7

1.2.2 Skop Projek Skop kajian untuk projek ini adalah seperti di bawah:

i. kajian menggunakan saiz model berukuran 1.22 m x 1.22 m x 0.5 m;

ii. penggunaan gentian sabut kelapa jenis kepingan sebagai penebat siling

sahaja;

iii. menggunakan kepingan sabut kelapa yang sediaada dipasaran dengan

ketebalan 20 mm;

iv. dua jenis ketebalan digunakan iaitu 20 mm dan 40 mm;

v. menggunakan fire-retardant jenis cat;

vi. pengukuran suhu lebih meninitikberatkan perbezaan suhu pada bahagian

atas dan bahagian bawah siling;

vii. kajian hanya mengkaji kemampuan siling menghalang haba panas; dan

viii. kajian dilakukan pada jam 9.00 pagi sehingga 5.00 petang iaitu selama 8

jam. Namun kajian ini bergantung kepada keadaan cuaca semasa ujikaji.

BAB 2

KAJIAN LITERATUR Penebat diperlukan untuk meminimumkan fluks panas melalui bumbung ke

persekitaran dalaman rumah untuk mengurangkan suhu, penggunaan tenaga dan

memberikan persekitaran yang selesa kepada penghuni. Lampiran B menunjukkan

sifat-sifat mekanikal bahan yang digunakan untuk pembuatan siling. 2.1 Siling Pada amnya, terdapat dua jenis sistem pembinaan siling yang sering digunakan iaitu

siling tetap dan siling gantung. Siling tetap ialah siling yang tidak boleh diubah dan

kedudukannya tetap. Ianya dibina secara mendatar atau mengikut curam bumbung.

Gelegar dan penjarak siling disokong oleh tembok atau tiang. Pembinaannya adalah

kukuh dan papan siling dipaku pada gelegar daripada bawah.

Gypsum board dan fibrous plaster siling adalah antara siling tetap yang boleh

didapati manakala siling gantung adalah siling yang dibina dengan sistem

penggantungan menggunakan dawai ataupun suspension rod bracket. Siling ini tidak

menerima sokongan daripada dinding dan ianya dikenali sebagai dinding palsu.

Jika siling-siling ini ditambah dengan penebat yang bersesuaian ianya akan

menjimatkan kos dan tenaga yang diperlukan. Dalam kajian yang telah dibangunkan

oleh E.H Mathew, M.Kleingeld dan P.B Taylor [31] telah membuktikan bahawa

siling berpenebat yang merupakan elemet paling penting dalam sesebuah rumah. Di

mana ia boleh menjimatkan tenaga yang diperlukan di rumah sebanyak $60 setahun.

Jika dalam masa 5 atau 6 tahun ianya sama dengan kos untuk pemasangan siling

9

yang berpenebat dan bukan itu sahaja, ianya juga menurunkan kesan gas rumah hijau

sehingga 600 000 tan setahun. Jadual 2.1 menunjukkan peratus perbandingan

penjimatan di dalam sesebuah rumah.

Jadual 2.1: Peratus Perbandingan Penjimatan Di Dalam Sesebuah Rumah [31].

No Jenis penjimatan % Penjimatan 1 Siling berpenebat 100 2 Warna luaran 32 3 Orientasi 48 4 Saiz cermin 30

Berikut adalah beberapa fungsi pembinaan siling. Antaranya ialah:

i. mewujudkan ruang antara siling dan lantai (bagi bangunan yang bertingkat-

tingkat). ruang ini boleh digunakan untuk menyalurkan paip, pendawaian,

sistem pencegah kebakaran, pemasangan hawa dingin dan sebagainya. siling

ini memerlukan panel yang boleh dibuka bertujuan memberi kemudahan

untuk kerja-kerja penyelenggaraan;

ii. siling dipasang pada struktur utama. maka berat binaanya hendaklah

dihadkan kepada berat minimum, tetapi pembinaanya mestilah kuat dan

kukuh untuk menanggung beban daripada alat-alat dan kemudahan yang

dipasang pada siling itu;

iii. siling boleh dijadikan permukaan penyerapan bunyi tetapi tidak mempunyai

penebat bunyi yang baik;

iv. dalam pembinaan siling, ianya hendaklah kukuh dan memberi rintangan api

supaya apabila bangunan terbakar, ianya tidak membantu merebakkan

kebakaran; dan

v. menjadi penebat terhadap panas dari luar, seterusnya mengurangkan suhu

panas dalam bangunan.

10

2.2 Gentian Semulajadi Gentian merupakan bahan yang berbentuk seperti helaian rambut. Gentian ataupun

filamen ini mempunyai nisbah panjang ke diameter yang hampir ke infiniti dan

mempunyai diameter sekecil 10 m. Jadual 2.2 menunujukkan sifat-sifat mekanikal

beberapa jenis gentian semulajadi. Jadual ini boleh digunakan bagi memilih gentian

yang bersesuaian untuk kajian ini. Beberapa aspek perlu dipertimbangkan sebelum

memilih gentian ini. Aspek yang paling utama ialah ketumpatan sesuatu gentian itu.

Ini kerana ia akan mempengaruhi konduktiviti termal penebat siling dan mempunyai

diameter yang lebih kecil dari diameter bulknya (matriknya) namun harus lebih kuat

dari bulknya serta harus mempunyai kekuatan tegangan yang tinggi.

Kebolehdapatan bahan gentian ini sepanjang masa juga memainkan peranan

penting bagi melancarkan segala proses pembuatan. Jadual 2.3 menunujukkan

musim buah-buahan.

Jadual 2.2: Sifat-Sifat Mekanikal Beberapa Jenis Gentian Semulajadi [12, 13]

Sifat-sifat Jut Pisang Sisal Nenas Sabut

kelapa Kaca Hampas Tebu

Tebal/ diameter (mm) - 80-250 50-200 20-80 100-450

7-8 0.2-0.4 0.24

Ketumpatan (g/cm2) 1.3 1.35 1.45 1.44 1.15 2.5 170-290 20 Sudut micro-fibrillar (0)

8.1 11 10-22 14-18 30-49 -

Kandunagn Selulosa / lignin (%)

61/12 65/5 67/12 81/12 43/45 -

Modulus keanjalan (GN/m2)

- 8-20 9-16 34-82 4-6 85.5 15-29 1.7

Ketegaran (MN/m2) 440-533

529-754

568-640

413-1627

131-175

4585

Pemanjangan (%) 1-1.2 1.0-3,5 3-7 0.8-1.6 15-40 5.7 0.2-0.4 0.24 Penyerapan kelembapan selepas 24 jam (%)

6.9 - - - 12 0.5

Penyerapan air (%) 60-70 13-80 70-75 78.5 Nisbah aspek (L/D) (mm)

152-365

- - - - 100-140

Panjang gentian (mm)

1800-300

50-350 50-300

11

Jadual 2.3: Musim Buah-Buahan [14]

No Jenis Bulan 1 Jack fruit

(Artocarpus heterophyllus) Januari hingga jun

2 Rambutan (nephelium lappaceum)

Jun hingga september

3 Durian (durio zibethinus)

Jun hingga ogos

4 Young coconut (cocos nucifera)

Sepanjang tahun

5 Pummelo (citrus grandis osb)

Ogos hingga november

6 Mangosteen (garcinia mangostena linn

Jun hingga september

2.2.1 Kelapa Kelapa merupakan satu bahan semulajadi yang boleh didapati di semua kawasan

tropika dan ianya boleh mencapai ketinggian 6 hingga 30 m. Keseluruhan pokok

kelapa dapat dimanafaatkan untuk pelbagai guna. Pokok kelapa (cocos nucifera)

adalah ahli keluarga Palma (arecacesae). Ia merupakan spesis tunggal yang

dikelaskan alam genus cocos dan merupakan pokok Palma yang besar dan tumbuh

setinggi 30 m dengan pelepah daun sepanjang 2-6 meter dan helaian daun sepanjang

60-90 cm, pelepah yang tua akan luruh meningkalkan batang pokok yang licin.

Buah kelapa ringan dan timbul serta ianya mudah tersebar oleh arus laut yang

mampu membawa buah kelapa pada jarak yang jauh. Pokok kelapa hidup subur di

tanah berpasir, paya dengan cahaya matahari dan hujan yang tetap (75-100 cm

setahun) yang menjadikan koloni di pantai agak mudah. Terdapat pelbagai nama

yang digunakan. Jadual 2.4 menunujukkan nama lain bagi pokok kelapa dan Jadual

2.5 menunjukkan beberapa manfaat yang terdapat pada pokok kelapa.

12

Jadual 2.4: Nama Fiber Kelapa [17]

Katergori Nama Lain Kelapa German Kokosfasern English Coconut fibre de coco, coir French Fibre de coco Spanish Fibra de coco Scientific Cocos nucifera CN/HS number* 5305 1 ff

Jadual 2.5: Manfaat Beberapa Bahagian Pada Pokok Kelapa [20]

Bahagian Tumbuhan Manfaat

Tempurung Arang, Karbon Teraktif, Kraftangan

Isi buah Kopra, Minyak Kelapa, Santan, Kelapa Parut Kering

Batang kelapa Bahagian Bangunan Untuk Keranga Atau Atap Jambatan

Daun kelapa Lidi, Barangan Anyaman

Sabut Bahan Pembuat Spring Katil, Tilam

Air kelapa Nata De Coco, Cuka, Air Minuman

Secara umumnya gentian kelapa mempunyai kandungan lignin yang tinggi

dan kandungan selulosa yang rendah. Nisbah lignin yang tinggi membuatkan

gentian ini keras, teguh, poros terhadap udara dan biodegradasi serta sumber yang

boleh diperbaharui. Jadual 2.6 menunujukkan Sifat-sifat mekanikal bagi gentian

sabut kelapa

13

Jadual 2.6: Sifat-Sifat Mekanikal Bagi Gentian Sabut Kelapa [17-20] Sifat Gentian Sabut Kelapa Nilai

Kekuatan (MPa) 140-225 Modulus Young, E ( Gpa) 3-5

Terikan (%) 25-40 Ketumpatan gentian g/m3 1.47

Pemanjagan % 23.9-51.4 Kadar penyerapan air % 93.8%

Air yang larut 5.25 Pectin dan campuran yang berkaitan 3

Hemi-sellulosa 0.25 Lignin 45.84

Sellulosa 43.44 Habuk 2.22

Gentian kelapa diperolehi daripada sabut kelapa. Rajah 2.1 menunjukkan

gentian sabut kelapa. Gentian kelapa mudah diekstrak dengan hanya rendaman

dalam air dan kaedah mekanikal. Gentian ini dikenali sebagai bahan yang ideal

kerana mesra alam dan menjadi penyelesaiaan kepada masalah ekologi. Penggunaan

gentian ini dipercayai kerana potensinya, biodegrasi dan mesra alam.

Gentian yang terbaik untuk sesuatu sabut kelapa itu ialah keterangan warna,

kuning keemasan atau coklat. Kandungan air yang tinggi akan mengakibatkan

gentian ini akan lebih cepat reput. Kelembapan sesuatu sabut kelapa hendaklah

dikenali pasti terlebih dahulu sebelum kajian dijalankan bagi memperolehi keputusan

yang jitu dan persis.

Rajah 2.1: Gentian Kelapa [23]

14

2.3 Fire-Retardant Terdapat pelbagai keadah mudah untuk meningkatkan prestasi pada produk selulosa.

Kebanyakan fire- retardant yang ada berkesan dalam mengurangkan faktor-faktor

yang mempengaruhi parameter kebolehbakaran seperti kebolehnyalaan, pembebasan

haba dan penyebaran api. Rawatan fire-retardant untuk selulosa boleh dikategorikan

dalam beberapa cara berbeza. Antaranya ialah:

i. mekanisma yang bertindak untuk mengurangkan pembakaran;

ii. jenis bahan kimia aktif;

iii. kaedah yang digunakan;

iv. aplikasi terakhir dan keperluanya; dan

v. pemilihan fire-retardant dalam hubungkait antara produk dan proses

diperlukan.

Pemilihan fire-retardant dalam permintaan produk dan proses yang

dilaksanakan bergantung kepada beberapa faktor. Antara faktor penting yang perlu

dipertimbangkan adalah:

i. jenis produk yang dihasilkan;

ii. mematuhi piawaian peraturan yang telah ditetapkan;

iii. pembinaan yang baru atau penyelenggaraan;

iv. keadaan persekitaran;

v. keadaan pemasanga;

vi. keperluan dalam penyelenggaraan; dan

vii. kesannya.

Mekanisma tindakbalas fire-retardant untuk mengurangkan proses

pembakaran termasuklah:

i. penghasilan dalam pembentukan char;

ii. penukaran daripada gas yang mudah meruap kepada gas lengai seperti

wap air dan karbon dioksida;

iii. pencairan gas pyrolysis;

iv. reaksi berantai menghalang pembakaran dalam fasa gas; dan

15

v. melindungi permukaan melalui proses penebatan.

Jenis bahan kimia aktif dalam fire-retardant termasuklah:

i. bahan kimia larut dalam air;

ii. bahan kimia dengan kelarutan rendah dalam air; dan

iii. bahan kimia yang mengikat atau melekatkan selulosa.

Kandungan bahan kimia yang terdapat pada fire-retardant antaranya fosforus,

boron, nitrogen, dan silika yang dikombinasikan secara sintetik. Rajah 2.2

menunujukkan antara kesan bahan kimia tersebut terhadap kualiti air.

Rajah 2.2: Kesan Fire-Retardant Terhadap Kualiti Air [25] Kaedah yang digunakan dalam penggunaan fire-retardant pada produk ialah:

i. merendamkan produk dalam fire-retardant dengan memberikan sedikit

tekanan kepada produk;

ii. pengabungan bahan dengan fire-retardant semasa proses pembuatan; dan

iii. mengaplikasikan dengan cara mencat atau menyadur pada permukaan selepas

proses pembuatan selesai.

16

Pelbagai aplikasi penggunaan fire retardant sedang giat dijalankan. Rajah 2.3

menunujukkan antara aplikasi penggunaan fire retardant.

17

Rajah 2.3: Aplikasi Fire-Retardant Di Dalam Bangunan [24]

2.4 Penebat Penebat termal boleh didefinasikankan sebagai bahan yang digunakan untuk

mengurangkan kadar alir pemindaran haba. Ianya boleh dikelaskan seperti rajah 2.4.

Secara umumnya, faktor-faktor yang mempengaruhi dalam melaksanakan proses

penebatan dijalankan adalah seperti berikut:

i. penjimatan tenaga;

ii. perlindungan dan keselesaan sendiri;

iii. penambahbaikkan suhu persekitaran ataupun proses;

iv. menghalang daripada pengkondensasian dan penghakisan;

v. menghalang kebakaran;

vi. menghalang pembekuan; dan

vii. mengurangkan bunyi dan getaran.

Rajah 2.4: Jenis-Jenis Penebat [28]

18

2.4.1 Pemindahan Haba

Rajah 2.5: Pemindahan Haba [27] Pemindahan haba berlaku kerana perbezaan suhu dan haba mengalir dari bahagian

suhu tinggi ke bahagian suhu rendah. Mekanisma pemindahan haba boleh

dibahagikan kepada tiga. Rajah 2.5 menunjukkan tiga mekanisma dalam pemindahan

haba, (Q). Berikut adalah keterangan lebih lanjut mengenai mekanisma ini iaitu:

i. Konduksi (Conduction Fourier law)

Q/A = - k dt / dx (2.1)

Q = kadar pemindahan haba dalam arah x (unit Watt) negatif () bagi

mengambilkira penurunan suhu.

A = luas keratan rentas normal terhadap arah aliran haba (m2)

T = suhu (Kelvin)

x = jarak (unit m)

k = kekonduksian terma (W/m k);

ii. Perolakan (convection)

Q = hA (T-Tw) (2.2)

h = pekali olakan bergantung kepada aliran

Tw= suhu dinding yang bersentuhan dengan bendalir

A = luas kawasan pemindahan haba; dan

iii. Radiasi (radiation)

19

Pemindahan haba melalui ruang secara gelombang elektromagnet.

2.4.2 Kadar Permindahan Haba Secara Konduktiviti [28] Dalam mekanisma ini, kadar pemindahan haba dipengaruhi oleh:

i. Geometri medium;

ii. Ketebalan medium;

iii. Jenis bahan medium yang digunakan; dan

iv. Perbezaan suhu yang melalui medium.

Kadar pemindahan haba secara konduktiviti adalah berkadar terus dengan

perbezaan suhu yang melalui lapisan dan juga luas pemindahan haba tetapi ianya

berkadar sonsang dengan ketebalannya. Selain itu juga, ianya berkadar terus dengan

kekonduksian terma, medium tersebut. kekonduksian terma akan menunujukkan

kebolehan bahan mengkonduksikan haba. Jika nilai kekonduksian terma tinggi maka

ianya adalah konduktor haba yang baik namun sebaliknya jika nilai itu rendah.

kekonduksian terma sesuatu bahan akan berubah mengikut suhu dimana semakin

tinggi nilai suhu maka semakin rendah nilai kekonduksian terma sesuatu bahan.

Termal difusi, () juga memainkan peranan dalam analisis pemindahan haba

untuk mekanisma ini. Termal ini akan menunujukkan secepat mana termal difusi ini

melalui medium.

= (m2/s) (2.3)

Parameter kerap kali dijumpai dalam pemindahan haba dan ianya

dikenali sebagai kapasiti haba dalam unit J/Kg.C atau J/m3. C. Nilai ini

menunjukkan berapa banyak tenaga yang disimpan per unit isipadu. Bahan yang

mempunyai termal konduktiviti yang tinggi dan rendah kapasiti haba akan

menyebabkan termal difusi besar. Dengan nilai difusi termal yang tinggi maka

penyebaran haba ke medium adalah laju.

20

2.5 Kajian Terdahulu Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Joseph Khedari, Borisut Suttisonk,

Naris Pratinthong dan Jongjit Hirunlabh [14],

Di mana kesan panjang fiber mempengaruhi konduktiviti terma sesuatu medium. Secara umumnya, fiber yang pendek lebih susah disusun berbanding yang panjang namun semakin panjang fiber tersebut maka semakin tinggi nilai konduktiviti termanya. Maka kajian ini telah menunjukkan bahawa panjang 2 mm ke bawah akan memperolehi konduktiviti terma yang rendah. Dalam kajian ini juga menunjukkan kecekapan penebat haba untuk sesuatu medium adalah berlawanan dengan ketumpatannya.

Kajian oleh Siti Norasikin [29],

Dalam kajian ini, lima sampel komposit terdiri dari campuran serat kelapa-polyurethane (PU). Didapati bahawa sampel yang mengandungi 15% serat kelapa menunjukkan komposis yang terbaik bagi komposit serat bio yang sesuai bagi mengantikan komposit konvensional sebagai bahan penebat haba. Kajian mikrostruktrur bahan terhadap sampel tersebut juga menunjukkan bahan tersebut mempunyai keliangan yang agak besar. Semakin besar peratus keliangan semakin baik sifat ketebatan terma sesuatu bahan. Jadual 2.7 menunjukkan keputusan kajian yang telah diperolehi.Oleh yang demikian,perkara yang memainkan peranan penting untuk sesuatu penebat ialah ketumpatan bahan, konduktiviti terma dan peratus keliangan. Dalam kajian ini dibuktikan bahawa semakin tinggi nilai peratus keliangan maka semakin baik nilai penebat sesuatu medium itu.

Jadual 2.7: Keputusan Kajian [29]

Peratus kandunag PU dan sabut kelapa

(%wt) Poliuretan

a Serat

kelapa

Thermal konduktivity K (w/mC)

Ketumputan (g/cm3)

Peratus keliangan (%)

85 15 1.132 0.1348 9.6

21

Daripada kajian yang dijalankan oleh Jun-Wei Gu, Guan-Cheng Zhang, Qiu Yu

Zhang and Jie Kong [22],

Penyaduran fire-retardant dengan ketebalan 2 mm merupakan ketebalan yang baik untuk melambatkan proses pembakaran berlaku. Jadual 2.8 menunjukkan keputusan kajian yang telah diperolehi.

Jadual 2.8: Keputusan Kajian [22]

Nombor Salutan Ketebalan (mm) Masa Ketahanan Api (minit)

1 2.02 2252 2.00 2303 1.98 2204 2.01 2285 1.99 216

Merujuk kajian yang dijalankan oleh M.Mizanur Rahman Dan Mubarak A.Khan [8]

Kajian yang dilaksanakan adalah rawatan permukaan pada gentian kelapa dan memperbaiki sifat mekanikalnya. Dalam kajian ini didapati bahawa dengan penggunaan UV pretreatment pada sabut kelapa akan menunjukkan peningkatan kadar rintangan terhadap sinaran yang berdekatan dengan molekul selulosa semasa berlakunya SinaranUV. Penambahbaikkan yang terbaik adalah dengan menggunakan 20% rawatan alkali dan diikuti dengan 50% monomer ethylene dimethacrylate (EMA). Rawatan alkali juga akan mengurangkan hydrophilicity sabut dan yang paling penting dalam meningkatkan sifat ketegangan sabut. Sebelum eksperimen, Sabut juga akan dicuci dengan 2% bahan pembersih (serbuk penyuci, surf, unilever) pada suhu 700C selama 1 jam kemudian rendam dengan air semalaman dan akhir sekali buang air dan keringkan dalam oven pada suhu 70C. Selain itu juga pemilihan resin yang betul akan membantu dalam mengelakkan pereputan berlaku. Resin dari termoset yang tahan terhadap perubahan suhu dapat membantu pereputan tidak berlaku.

Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Siti Mariam [19]

Hasil daripada kajian ini didapati bahawa sabut kelapa adalah berkadar langsung dengan sifat mekanikal sesuatu bahan. Komposisi 20% serat kelapa dan 80% poliutetana didapati menepati ciri-ciri dalam mengantikan siling asbestos sedia ada dimana bagi ujian lenturan dan ujian kadar penyerapan air nilai kekuatannya agak tinggi iaitu 6.1268Mpa dan 24.59% berbanding dengan peratus komposisi serat yang lain. Selain itu nilai kekuatan bagi ujian

22

kekerasan didapati agak lemah berbanding siling asbestos iaitu 38.11. Manakala bagi ujian suhu pula, semua komposisi menunjukkan bacaan suhu yang sama dengan siling asbestos sedia ada. Lampiran C menunujukkan keputusan kajian yang telah diperolehi.

Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Mohd Rizafreen [32]

Dalam kajian ini, sabut kelapa digunakan sebagai bahan penguat dan matriknya adalah polyster. Polyster adalah tergolong dalam bahan termoset. Kajian ini akan mengkaji sifat mekanikal gentian kelapa. Daripada kajian yang dijalankan didapati bahawa, dengan penggunaan 15% gentian kelapa dan 85% resin polyster telah menunujukkan sifat mekanikal yang baik berbanding asbestos. Jadual 2.9 menunjukkan keputusan kajian yang telah diperolehi.

Jadual 2.9: Keputusan Kajian [32]

No Jenis Ujian Parameter Sampel Asbestos 1 Ujian tegangan E (GPa) 1.27 4 2 3 titik lenturan MOR (MPa) 33.55 5.35 3 Daya maksimum (N) 604.16 389.31 4 Konduktiviti termal W/m.K 1.62 1.29 5 Pekali pengurangan

bising Hz 0.0238 0.0036

Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Mazlina [26],

Kajian mengenai sifat resin epoksi yang diperkuat dengan gentian semulajadi dari tumbuhan ke atas gentian sabut kelapa dan sabut kelapa sawit. Panjang setiap gentian adalah lebih kurang daripada 5.0 mm. Daripada keputusan-keputusan yang diperolehi melalui ujian-ujian yang telah dijalankan didapati bahawa resin epoksi yang diperkuatkan dengan gentian semulajadi daripada tumbuhan (sabut kelapa dan sabut kelapa sawit) mempunyai kekuatan tegangan dan hentaman yang baik. Walaubagaimanapun, hasil yang didapati adalah sebaliknya bagi ujian kekerasan. Secara umumnya, semua sampel yang diperkuat dengan gentian semulajadi dari tumbuhan menunjukkan sifat mekanikal yang lebih baik berbanding sampel yang disediakan menggunakan resin epoksi sahaja. Peratusan gentian di dalam sampel juga mempengaruhi sifat mekanikal sampel di mana lebih banyak gentian yang ada di dalam sampel, lebih baik sifat mekanikal yang akan diperolehi. Kajian ini juga mendapati bahawa penggunaan sabut kelapa akan memberikan keputusan yang lebih baik berbanding sabut kelapa sawit.

23

Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Zarir Ramiz [35]

Daripada ujian yang dijalankan, saiz sampel yang digunakan ialah 100 mm x 100 mm x 100 mm. Dalam kajian ini didapati bahawa pengawetan sampel mempengaruhi kekuatan gentian kelapa dimana semakin lama sampel direndam di dalam air semakin tinggi beban maksimum yang boleh dikenakan. Jadual 2.10 menunujukkan keputusan kajian yang telah diperolehi.

Jadual 2.10: Keputusan Kajian yang telah Diperolehi

Umur (Hari) Beban Maksimum

(KN) Kekuatan Purata

(N/mm2) 7 288.7 28.87

14 379.43 37.94 28 407.27 40.72

Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh C.Chivas, E. Guillaume, A. Sainrat, V

Barbosa [23],

Melaksanakan pengkajian tentang risiko dan kelebihan dalam penggunaan flame retardant dalan penyaduran perabot di Eropah. Rajah 2.6 menunjukkan risiko dalam penggunaan fire-retardant.

24

Rajah 2.6: Risiko Dalam Penggunaan Fire-Retardant

Dalam kajian ini menunjukkan bahawa fire-retardant yang digunakan pada perabot tidak akan memmberi kesan sekiranya:

i. fire-retardant dan produk mematuhi peraturan yang telah ditetapkan. Ini termasuklah pertimbangan kehadiran terhadap risiko bahan, proses, pencemaran dan juga kesan kepada persekitaran; dan

ii. perabot yang dihasilkan mengikut pengabungan yang telah ditetapkan. Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Ahmad Kairi [12]

Mampatan telah dilakukan di dalam acuan besi pada ukuran 180 mm x 180 mm x 3 mm dan dimampatkan dengan mesin tekanan hidraulik panas pada tekanan 2 tan dan 4 tan. Setiap mampatan mengambil masa 15, 30 dan 45 minit. Didapati bahawa komposisi sabut kelapa di dalam setiap sampel meningkat antara 27% hingga 31% jisim akibat daripada sesaran epoksi-hardener semasa mampatan. Kekuatan ujian menunjukkan bahawa hentaman komposit adalah 13.67 kJ/m2 bagi sampel mampatan 2 tan dan 20.67 kJ/m2 bagi sampel mampatan 4 tan. Nilai-nilai tersebut kurang daripada sampel yang disediakan menggunakan teknik hand lay-up tetapi lebih baik daripada sampel komposit polypropylene. Modulus young bagi sampel kajian didapati lebih tinggi berbanding sampel hand layup dan komposit polypropylene iaitu sebanyak 23.201 MPa bagi sampel mamptan 2 tan dan 17.806 MPa bagi sampel mampatan 4 tan. Kekerasan komposit telah berkurang di dalam lingkungan 70 hingga 75 kerana campuran epoksi yang tersesar akibat mampatan. Mikroskop imbasan electron menunjukkan ruangan kosong yang wujud di dalam struktur komposit akibat sesaran epoksi. Daripada kajian juga didapati bahawa kedalaman acuan dan keseragaman kepadatan sabut kelapa yang digunakan mempengaruhi kadar sesaran epoksi.

Merujuk kepada kajian yang dijalankan oleh Mohd Yuhazri [37]

Kajian ini telah dilakukan adalah untuk menentukan samaada komposit resin epoksi yang diperkuat dengan gentian semulajadi dari sabut kelapa boleh digunapakai sebagai lapisan luar yang keras pada topi kelender. Komposis gentian di dalam setiap sampel adalah ditetapkan pada 10% berbanding 90% resin epoksi berdasarkan berat. Bagi ujian kekerasan dan hentaman charpy didapati bahawa komposisi yang terpilih telah berjaya memperbaiki sifat mekanikal sampel. Hasil ujian quasi-static penetration sebanyak 4.375 kN